挖煤排矸，晋蒙陕新等堆存矸石50亿吨，煤大省如何碳达峰？

我国是煤炭资源开采大国，据统计，2023年我国煤矿4300余处，煤炭产能47.1亿吨。其中山西、内蒙保持超过10亿产量引领其他省份，陕西、新疆、贵州、河南等地也有上亿产能，7省占据全国87.7%的原煤产能。

数据来源：国家统计局、中国煤炭工业协会

但煤炭开采、洗选等过程会产生大量的固体废弃物——煤矸石，是一种在成煤过程中于煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，包括煤炭围岩、夹石、洗煤挑出的矸石等，三者所占比例分别为45%、35%和20%。煤矸石排放量根据煤层条件、开采条件和洗选工艺的不同有较大差异，一般掘进矸石占原煤产量的10%左右，选煤矸石占入选原煤量的12%~18%，平均占我国煤炭生产总量的15%~20%，也就是每年生产原煤1亿t，排放矸石1500万t以上。根据中国环境报道，我国2021年产排煤矸石7.35亿吨、2022年产排7.91亿吨、2023年产排8.29亿吨，迄今堆存超过50亿吨。

但问题是，如此多的煤矸石，我们该如何处置？

1）填埋和筑路

填埋和筑路是最简单、最直接的利用方式。在粒径级配、含水率和压实度合适的情况下，由煤矸石路基具有较好的强度、稳定性、承载能力，能够满足相关规范要求。邢汾高速邢台至冀晋界路段在修建时首先采用了煤矸石筑路的方式，消纳了邢台七里河南岸堆积40年、占地400余亩、高120米的矸石山。

邢汾高速，图源：网络

2）煤矸石砖建材利用

不知道大家有没有印象，在90年代农村随处可见红砖烧制厂，其就是取粘土烧制红砖。但随着时代发展，黏土已经成为战略资源，因此粘土砖也被禁止生产，砖厂也就废弃。取而代之的是，煤矸石、尾矿等烧结砖和水泥蒸养砖。其中煤矸石在烧制过程中，自身具有一定热值，烧制过程可节约燃料降低能耗，因此被称为内燃砖。

废弃砖厂，图源：网络

3）燃料利用

煤矸石尽管不是煤炭，但其是煤炭伴生的岩石，内部含有一定量的碳组分，而当煤矸石中碳含量超过15%时，经过粉碎燃烧后，可以释放较高的热量，可以应用于发电站发电使用。放眼全国，依靠煤矸石发电的电厂装机容量已达到500 万kW以上，目前煤矸石每年用于发电的处理量超过5 000万t。

4）井下填充

硬度大是煤矸石的显著特点，是煤矿采空区回填常用的填充物质，当然也可以在一定的配比情况下，作为土地以及耕地的组成部分，按照国家有关规定，也可在井下将煤矸石直接回填

5）元素提取

一些煤矸石与粉煤灰含较丰富的锂、镓、锗、汞、镍、硒等稀有元素，可以对其进行有价元素的提取。一些矿区已经建立煤矸石电解铝厂，成功地提炼了金属铝，但其他锂、镓、锗等微量元素的研究大部分仍处于实验室阶段，研究重点是微量元素的赋存情况、富集、浸出和分离。

根据相关报道，当前我国煤矸石综合利用率73.6%。但填埋、铸路占总量的35%—45%；煤矸石电厂燃烧和其他燃料利用占10%—15%；矸石砖等建材利用占5%—10%；井下开采充填占3%—7%；元素提取的方式相对较少，资源回收率不高。

由于我国“富煤少油”的资源特性，煤炭仍将长期做为我国的主要能源现状无法改变。煤炭的持续开采，将进一步产生更多的煤基伴生废物，如何利用好这些煤矸石，关系到煤炭行业“碳中和、碳达峰”目标的实现。

转载请注明来源“河北省固废建材化利用科学与技术重点实验室”

主要参考：

国家统计局，《中国统计年鉴2023》

中国煤炭工业协会 《2023煤炭行业发展年度报告》

中国环境，《我国煤矸石堆存量已超过50亿吨，如何处理？》

梅陆森,周瑞清,马腾.煤矸石综合利用与资源化应用路径研究[J].内蒙古煤炭经济,2023,(23):73-75。

张少华,王浩东.我国煤矸石综合利用现状及产业化分析[J].资源节约与环保,2024,(02):24-27+46。

郭富强,刘昆仑,俞乔,杨秦礼,苏蓬.煤矸石综合利用途径探讨[J].煤炭加工与综合利用,2023,(08):89-93+98。